專利名稱：發(fā)光器件封裝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光器件封裝及其制造方法。
技術(shù)背景 發(fā)光器件(Light Emitting Device :LED)包括將電能轉(zhuǎn)換為光能的p_n結(jié)二極 管。所述p-n結(jié)二極管可以通過(guò)將化學(xué)元素周期表的III族元素和V族元素結(jié)合而形成。 LED可以通過(guò)調(diào)節(jié)化合物半導(dǎo)體的組成而產(chǎn)生多種色彩。在發(fā)光器件被施加正向電壓時(shí)，η層的電子和ρ層的空穴彼此復(fù)合，使得p-n結(jié)二 極管發(fā)射相當(dāng)于導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能隙的能量。該能量主要以熱或光的形式釋放。將能量 以光的形式發(fā)射的是LED。例如，由于氮化物半導(dǎo)體具有高的熱穩(wěn)定性和寬的帶隙能，所以在光器件和高輸 出電子器件的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中氮化物半導(dǎo)體越來(lái)越受到關(guān)注。特別是，利用氮化物半導(dǎo)體的發(fā) 光器件比如藍(lán)色發(fā)光器件、綠色發(fā)光器件、和紫外線(UV)發(fā)光器件等已被商用化并被廣泛 地使用。同時(shí)，根據(jù)常規(guī)技術(shù)，將以下工藝應(yīng)用到發(fā)光器件封裝。在襯底上制造發(fā)光器件。 通過(guò)作為切出(sawing)工藝的一種的芯片分離(dieseparation)，從發(fā)光器件芯片分離出 發(fā)光器件芯片。然后，將發(fā)光器件芯片芯片鍵合(die bonding)到封裝體。隨后，進(jìn)行引線 鍵合(wirebonding)工藝和模制(molding)工藝，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試工藝。然而，由于常規(guī)技術(shù)分別進(jìn)行發(fā)光器件芯片的制造工藝和封裝工藝，所以需要多 種復(fù)雜的工藝和許多襯底。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種能夠在襯底上進(jìn)行LED外延生長(zhǎng)，且能夠進(jìn)行芯片工 藝(Chip process)、封裝工藝的發(fā)光器件封裝及其制造方法。本發(fā)明的一個(gè)方面是發(fā)光器件封裝。該發(fā)光器件封裝包括在襯底中形成的溝槽； 在所述襯底中的所述溝槽的第一區(qū)域上直接生長(zhǎng)的發(fā)光結(jié)構(gòu)；在所述襯底上的電極；連接 所述電極和所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的引線鍵合；填充所述溝槽的填料。本發(fā)明的另一方面是制造發(fā)光器件封裝的方法。該方法包括在襯底中形成溝槽； 在所述溝槽的第一區(qū)域上形成發(fā)光結(jié)構(gòu)；在所述襯底上形成電極；在所述電極和所述發(fā)光 結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行引線鍵合工藝；和用填料填充所述溝槽。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件封裝及其制造方法，能夠在襯底上進(jìn)行LED外延生長(zhǎng)、芯 片工藝、封裝工藝，因此具有無(wú)需如裝配制造工藝(Fabprocessing)的另外的芯片工藝的 優(yōu)點(diǎn)。另外，與常規(guī)技術(shù)中的使用Ag系列材料或者環(huán)氧化物系列材料粘結(jié)LED芯片和封 裝體的芯片鍵合的產(chǎn)品相比，本發(fā)明采用同類的化合物半導(dǎo)體，所以具有高的導(dǎo)熱性和高 的導(dǎo)電性。
另外，本發(fā)明能夠使用適用于垂直型芯片(Vertical Chip)的電流注入，所以具有 好的電流擴(kuò)散效應(yīng)和高的封裝效率。


將參考以下附圖詳細(xì)地描述實(shí)施方案。圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝的橫截面圖；圖2至圖9為顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝的制造方法的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明實(shí)施方案的說(shuō)明中，在各層(膜)、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)形成在襯底、各層 (膜)、區(qū)域、墊或者圖案的“上面/上(on/over)”或者“下(under) ”的描述中，“上面/上 (on/over) ”和“下(under) ”包括“直接”或“插入有其他層地(間接)”形成各層(膜)、區(qū) 域、圖案或者結(jié)構(gòu)的情況。對(duì)于各層的上面/上或者下的基準(zhǔn)將以附圖為基準(zhǔn)進(jìn)行描述。為了說(shuō)明的便利和明確性，在附圖中各層的厚度或者尺寸以放大、省略或者示意 性的方式表示。各構(gòu)成要素的尺寸不必表示其實(shí)際尺寸。實(shí)施方案圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝的橫截面圖。圖2至圖9為顯示根據(jù)一 個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝的制造方法的橫截面圖。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的LED封裝及其制造方法，由于在襯底上進(jìn)行LED外延生長(zhǎng)工 藝、芯片工藝、和封裝工藝，因此無(wú)需如裝配制造工藝(Fab processing)的另外芯片工藝。在常規(guī)技術(shù)中，使用Ag系列材料或者環(huán)氧化物系列材料，使得LED芯片芯片鍵合 到封裝體，而本發(fā)明的實(shí)施方案采用同類的化合物半導(dǎo)體。因此，通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方案， 能夠獲得高的導(dǎo)熱性和高的導(dǎo)電性。另外，實(shí)施方案采用適用于垂直型芯片(Vertical Chip)的電流注入方法。因此 能夠獲得優(yōu)良的電流擴(kuò)散效應(yīng)，和高的封裝效率。下面，將參考圖2至圖9描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光器件封裝的制造方法。以 下將發(fā)光器件成為L(zhǎng)ED。首先，如圖2中所示，在襯底110中形成溝槽“C”。例如，在襯底110上形成第一圖 案310，并且通過(guò)使用第一圖案310作為掩模蝕刻襯底110，由此形成溝槽“C”。如果襯底 110為硅襯底，則溝槽可以形成為相對(duì)于硅襯底的晶體取向具有預(yù)定的角度。但是，溝槽并 不限于此形狀。第一圖案310不僅可以形成在襯底110之上，而且也可以形成在襯底110 之下?？梢允褂脤?dǎo)電性襯底和結(jié)晶襯底等作為襯底110。例如，襯底110包括硅襯底、GaN 襯底、GaO襯底、SiC襯底、ZnO襯底、和GaAs襯底等。襯底110不限于這類襯底。通過(guò)蝕刻工藝，可以形成第一芯片區(qū)域100和第二芯片區(qū)域200。下述，將主要描 述第一芯片區(qū)域100。此處，在完成芯片工藝和封裝工藝二者之前，不從襯底110切出第一 芯片區(qū)域100和第二芯片區(qū)域200。在封裝工藝完成之后，可以從襯底110切出第一芯片區(qū) 域100和第二芯片區(qū)域200。圖3為示出第一芯片區(qū)域100的放大圖。此處，如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，圖3并不表示第一芯片區(qū)域100與襯底110分離。圖3僅以概念化的方式表示第一芯片區(qū)域100。當(dāng)然，當(dāng)形成通孔(未圖示)并基于通孔顯示橫截面時(shí)，可以提供如圖3中所示的 形狀。此時(shí)，當(dāng)基于襯底110的晶體取向進(jìn)行濕法蝕刻時(shí)，部分傾斜地形成通孔。但是，通 孔的形狀不限定于此。通孔在垂直方向可以具有直線形狀。如圖4中所示，在所述襯底110的除了溝槽中的第一區(qū)域“A”之外的表面上形成 絕緣層120。例如，絕緣層120可以通過(guò)在第一區(qū)域“A”上形成第二圖案(未圖示)并通過(guò) 熱氧化等利用SiO2膜形成。用于形成絕緣層120的方法并不限于此。所述絕緣層120起到掩模的作用，用于在所需部分例如襯底110的形成有溝槽的 區(qū)域處生長(zhǎng)LED芯片。如圖5中所示，除去第二圖案并在溝槽的第一區(qū)域上形成緩沖層130。緩沖層130由碳化硅(SiC)形成，使得待以后形成的發(fā)光結(jié)構(gòu)140的晶格和襯底 110的晶格相匹配，以防止由襯底110和發(fā)光結(jié)構(gòu)140之間的晶格差異引起的晶格缺陷。 但是，緩沖層130的材料不限于此。例如，緩沖層130可以包括氮化鋁(AlN)和氮化鋁鎵 (AlGaN)。例如，緩沖層130可以通過(guò)在高溫下利用RF-CVD等來(lái)形成。用于形成緩沖層130 的方法不限于此。在絕緣層120上施加光刻膠之后，可以通過(guò)掩蔽工藝和溶劑去除其上待 形成緩沖層130的第一區(qū)域。然后，在第一區(qū)域上生長(zhǎng)緩沖層130。同時(shí)，當(dāng)SiC襯底用作襯底110時(shí)，發(fā)光結(jié)構(gòu)140的晶格可以和襯底110的晶格匹 配。因此，能夠不形成緩沖層130而生成發(fā)光結(jié)構(gòu)140。在該實(shí)施方案中，在形成緩沖層130 之前可以形成第一反射金屬層(未圖示)。例如，在該實(shí)施方案中，第一反射金屬層可以包 括例如Ti、Pa等。在第一反射金屬層包括例如Ti、Pa等的材料時(shí)，在形成緩沖層130的后 續(xù)工藝期間第一反射金屬層可以不被氧化。如圖6中所示，在第一區(qū)域的襯底110上或者在緩沖層130上形成發(fā)光結(jié)構(gòu)140。 根據(jù)該實(shí)施方案，因?yàn)榘l(fā)光結(jié)構(gòu)140的外延層未生長(zhǎng)在絕緣層120上，所以不必需另外的圖 案以形成發(fā)光結(jié)構(gòu)140。在存在的LED芯片芯片鍵合到封裝體的情況下，本發(fā)明的實(shí)施方案包括使用同類 的化合物半導(dǎo)體，而常規(guī)技術(shù)包括使用Ag系列材料或者環(huán)氧化物系列材料的方法。因此， 通過(guò)本發(fā)明的該實(shí)施方案，能夠獲得高的導(dǎo)熱性和高的導(dǎo)電性。另外，可以解決因芯片粘結(jié)劑的耐熱性而引起的變色或變形所導(dǎo)致的可靠性問(wèn)題。圖7為示出放大的發(fā)光結(jié)構(gòu)140的圖。在該實(shí)施方案中，發(fā)光結(jié)構(gòu)由GaN、GaAs、GaAsPJP GaP等形成。例如，綠色LED和 藍(lán)色LED由GaN或者InGaN形成。黃色LED和紅色LED由InGaAIP或AIGaAs形成。根據(jù) 材料組成的變化，也可以實(shí)現(xiàn)全色(full color)。發(fā)光結(jié)構(gòu)140包括第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層142、有源層144、和第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層146。 形成發(fā)光結(jié)構(gòu)140的順序不限于圖7的層疊順序。 通過(guò)將氣體例如三甲基鎵(TMGa)氣體、NH3氣體、N2氣體和包含諸如Mg的P型雜 質(zhì)的雙乙基環(huán)戊二烯基鎂(EtCp2Mg) {Mg(C2H5C5H4)2I注入腔室中，形成P型GaN層，作為第二 導(dǎo)電半導(dǎo)體層142。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層142不限于此。
當(dāng)通過(guò)第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層146注入的電子遇到通過(guò)第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層142注入的 空穴時(shí)，有源層144發(fā)射出具有由有源層(即，發(fā)光層)的固有能帶所確定的能量的光。有源層144可以包括通過(guò)堆疊具有不同能帶的氮化物半導(dǎo)體薄膜一次或更多次 而形成的量子阱結(jié)構(gòu)。例如，有源層144可以包括具有通過(guò)注入三甲基鎵(TMGa)氣體、NH3 氣體、N2氣體和三甲基銦(TMIn)氣體而形成的InGaN/GaN結(jié)構(gòu)的多量子阱結(jié)構(gòu)。所述量子 阱結(jié)構(gòu)不限于此?？梢酝ㄟ^(guò)利用化學(xué)氣相沉積(CVD)、分子束外延(MBE)、濺射法或氫化物氣相外延 (HVPE)等形成η型GaN層，作為第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層146。另外，第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層146可以 通過(guò)將氣體例如三甲基鎵(TMGa)氣體、NH3氣體、N2氣體和包含諸如Si的η型雜質(zhì)的硅烷 (SiH4)氣體注入腔室而形成。然后，如圖8中所示，可以在襯底110上形成電極150。例如，電極150形成在絕緣 層120的一些區(qū)域上。由于介于電極150和襯底110之間的絕緣層120，所以電極150可以 與襯底110絕緣。在該實(shí)施方案中，由于發(fā)光結(jié)構(gòu)140的下部包括由η型或P型電極形成的導(dǎo)電緩 沖層或者導(dǎo)電襯底，所以在發(fā)光器件的上部可以包括極性與發(fā)光器件下部的極性不同的P 型或η型電極。電極150可以由反射性能優(yōu)異的物質(zhì)形成，因而還用作反射層。同時(shí)，在其上沒(méi)有 形成電極150的溝槽的側(cè)表面上可以形成第二反射層(未圖示)。然后，電極150和發(fā)光結(jié)構(gòu)140可以通過(guò)引線鍵合160而連接。如圖9中所示，通過(guò)進(jìn)行用填料170填充溝槽的模制工藝，完成封裝工藝。例如， 填料170包括環(huán)氧樹(shù)脂和硅樹(shù)脂等，但并不限于此。在該實(shí)施方案中，可以通過(guò)使用熒光物質(zhì)(未圖示)進(jìn)行模制工藝，以產(chǎn)生白光。 例如，黃色熒光物質(zhì)，比如YAG和TAG等可以添加到藍(lán)色LED。作為另一實(shí)例，將紅、綠和藍(lán) 三種熒光物質(zhì)應(yīng)用到UV LED?；诟餍酒瑓^(qū)域可以從襯底上切出其中形成有LED的LED封裝，并且通過(guò)測(cè)定和 測(cè)試可以將其制成產(chǎn)品。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的LED封裝及其制造方法，由于在襯底上進(jìn)行LED外延生長(zhǎng)工 藝、芯片工藝和封裝工藝，因此無(wú)需裝配制造工藝的另外的芯片工藝。在存在的LED芯片芯片鍵合到封裝體的情況下，本發(fā)明的實(shí)施方案包括使用同類 化合物半導(dǎo)體，而常規(guī)技術(shù)包括使用Ag系列材料或者環(huán)氧化物系列材料的方法。因此，通 過(guò)本發(fā)明的該實(shí)施方案，能夠獲得高的導(dǎo)熱性和高的導(dǎo)電性。另外，本實(shí)施方案采用適用于垂直型芯片的電流輸入方法。因此能夠獲得優(yōu)良的 電流擴(kuò)散效應(yīng)和高的封裝效率。綜上所述，雖然主要對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但這僅僅是一種示例并不限定本發(fā) 明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解，在不脫離本發(fā)明主題的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變形和 改變。例如，可以對(duì)具體表示在實(shí)施方式中的各構(gòu)成要素進(jìn)行變形，而涉及到這種變形和改 變之間的差異應(yīng)解釋為其皆包括在本發(fā)明的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
一種發(fā)光器件封裝，包括在襯底中形成的溝槽；在所述溝槽內(nèi)的襯底表面的一部分上直接生長(zhǎng)的發(fā)光結(jié)構(gòu)；在所述襯底上的電極；和連接所述電極和所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的引線鍵合。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，還包括 在所述溝槽內(nèi)的樹(shù)脂填料。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光器件封裝，還包括 在所述溝槽內(nèi)的熒光物質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，包括在除了其上生長(zhǎng)所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述溝槽 內(nèi)的襯底表面的所述部分之外的襯底表面上形成的絕緣層。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包括緩沖層，所述緩沖層直 接位于其上生長(zhǎng)所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述溝槽內(nèi)的襯底表面的所述部分上。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光器件封裝，其中所述緩沖層包括碳化硅層。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述電極包括反射層。
8.—種制造發(fā)光器件封裝的方法，所述方法包括 在襯底中形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)的襯底表面的一部分上直接形成發(fā)光結(jié)構(gòu)； 在所述襯底上形成電極；和 將所述發(fā)光結(jié)構(gòu)弓I線鍵合到所述電極。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括 在所述溝槽內(nèi)放置樹(shù)脂填料。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在所述溝槽內(nèi)放置熒光物質(zhì)。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在形成所述溝槽后，在除了其上生長(zhǎng)所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述溝槽內(nèi)的襯底表面的所述部 分之外的襯底表面上形成絕緣層。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述溝槽內(nèi)的所述襯底表面的一部分上直接形 成發(fā)光結(jié)構(gòu)包括在其上生長(zhǎng)所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的所述溝槽內(nèi)的襯底表面的所述部分上直接形成緩沖層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述緩沖層包括碳化硅層。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述襯底上形成所述電極包括 至少部分地在所述絕緣層上形成電極。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電極包括反射層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光器件封裝及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件封裝包括在襯底中形成的溝槽；在所述襯底中的所述溝槽的第一區(qū)域上直接生長(zhǎng)的發(fā)光結(jié)構(gòu)；在所述襯底上的電極；連接所述電極和所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的引線鍵合；和填充所述溝槽的填料。
文檔編號(hào)H01L33/48GK101964388SQ20101023346
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
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